Приложение ик-спектроскопии
Если исключить влияние стерических и электронных факторов, то в ИК спектре одна и та же группа должна поглощать свет в определенной области, независимо от того, в какую молекулу эта группа входит. Например, поглощение, отвечающее валентным колебаниям карбонильной группы ацетона, наблюдается при той же частоте, что и для ди-н-гексилкетона. С другой стороны, линия поглощения С=О-группы у уксусной кислоты и циклобутанона лежат несколько при другой частоте. В первом случае влияет электронный, а в другом случае – стерический фактор.
По ИК-спектру обычно нельзя судить о чистоте образца. Хотя спектр чистого соединения обычно имеет четкие узкие линии, а неочищенные соединения, содержащие несколько типов молекул, дают спектры с широкими, плохо разрешенными полосами из-за большого числа накладывающихся полос.
Применение ИК спектроскопии часто оказывается очень полезным при самых различных химических исследованиях. Так, например, с помощью ИК спектров можно легко контролировать протекание химических реакций. Так, при окислении вторичных спиртов до кетонов постепенно исчезает полоса поглощения гидроксильной группы (3570 см-1) и появляется и усиливается полоса карбонильной группы (1725 см-1).
Еще более эффективно метод ИК спектроскопии применяется для доказательства идентичности двух соединений по совпадению спектров, снятых в одинаковых условиях. Наиболее характерной является область 1430-910 см-1, т.к. она содержит самое большое число адсорбционных полос, отвечающих деформационным колебаниям, а также валентным колебаниям связей С-С, С-О, С-N.
Поскольку в молекуле гораздо больше деформационных, чем валентных колебаний, то область спектра особенно богата пиками и перегибами. Ее часто называют «областью отпечатков пальцев».
Сейчас накоплены данные о ИК спектрах многих соединений, имеются атласы ИК спектров. Ряд характеристических полос поглощения приведен на рис. 2-3. Эта систематизация очень полезна при идентификации органических соединений. Например, если в спектре присутствует сильная полоса при 1718 см-1, это означает, что соединение практически наверняка содержит карбонильную группу. Однако для выяснения альдегид это, кетон, кислота, сложный эфир или амид необходим детальный анализ всего остального ИК спектра. Но зачастую окончательный ответ можно получить только при использовании других физико-химических методов анализа. Отрицательный же вывод сомнения не вызывает: если в спектре отсутствует полоса поглощения, характерная для данной функциональной группы, то в молекуле этой группы нет.
Для детального анализа в основном используют полосы валентных колебаний функциональных групп. Поэтому для ориентировки и правильной интерпретации ИК-спектров необходимо знать основные полосы поглощения функциональных групп органических соединений.
Характеристические полосы поглощения различных функциональных групп
Алканы. Метильные и метиленовые группы в алканах в ИК спектрах имеют полосы при 2950-2850 см-1, 1465 и 1380 см-1. Это характеристические полосы алканов. У циклоалканов полосы поглощния С-Н валентных колебаний лежат выше 3000 см-1 (~3050). Полосы веерных, крутильных и маятниковых колебаний С-Н связей в области 1300 – 1100 см-1 мало информативны, так как в этой области проявляются и валентные колебания скелета(С-С).
Алкены. Положение валентных колебаний С-Н в алкенах зависит от того метиленовой или внутренней двойным связям они принадлежат: С=СН2 (3080 см-1), С=СН (3020 см-1). Эти полосы относительно невысокой интенсивности.
Валентные колебания двойной связи приходятся на область 1620 – 1680 см-1, в зависимости от структуры алкена.
R‑CH=CH2 1645 см-1, кроме того имеются плоские и неплоские деформационные колебания (1420, 990 и 910 см-1). Наличие группы полос при 910, 1645 и 3080 практически наверняка свидетельствует о наличии CH=CH2 группы. Для R2C=CH2 полоса 910 см-1 сдвинута до 990 см-1. Цис, транс-изомеры различаются по местоположению неплоских деформационных колебаний.
Цис-алкены проявляются при 730 – 675 см-1 (СР), а транс – 965 см-1. Тризамещенные алкены имеют полосу поглощения при 840 – 800 см-1.
Ароматические соединения. Присутствие ароматической группы обнаруживается по полосам 3030 и 1600-1500 см-1, характер определяется по сильному поглощению ниже 900 см-1. Характер замещения и форма полос в этой области показаны на рис. 2 – 4. Они сильно зависят от взаимного расположения заместителей в ароматическом кольце.